Vapor de água a 6 MPa, 600^circ C e 80 m / s entra em uma turbina adiabática e sai a 70 kPa, 100 ^circ C e 140 m / s. Considerando que a potência produzida pela turbina é de 5 MW , determine:
A eficiência exergética
Considere T0=25^circ C e p0=100 kPa

Passo 1

Beleza, o enunciado diz que a gente tem vapor de água entrando numa turbina adiabática em 6 MPa e 600 °C com velocidade de 80 m/s, e saindo a 70 kPa, 100 °C e 140 m/s. A turbina produz 5 MW, e o ambiente está a 25 °C e 100 kPa. O que eles querem é a eficiência exergética da turbina – ou seja, quanto do “potencial de trabalho” (exergia) do vapor a gente realmente converte em potência elétrica.
Conteúdo: Termodinâmica de fluxo aberto, propriedades do vapor (entalpia e entropia), exergia de fluxo, e definição de eficiência exergética. A gente vai precisar das tabelas de vapor pra pegar e , usar a fórmula da exergia específica e comparar o trabalho real com o trabalho máximo teoricamente disponível.

Passo 2

Primeiro, pega nas tabelas de vapor:
  • Estado 1 (entrada):
    ·
    ·
    ·
  • Estado 2 (saída):
    ·
    · Como está superaquecido a baixa pressão, aproxima:
  • Estado 0 (ambiente de referência):
    ·
    · Das tabelas, entalpia e entropia do líquido saturado a 25 °C podem ser tomados como

Passo 3

Agora a exergia específica de fluxo em cada ponto é dada por
psi=(h-h0)-T0,(s-s0)+v^22
onde psi1=(3583,4-104,8)-298,15,(6,589-0,37)+80^22cdot1000 approx1626,9;kJ/kg está em kJ/kg (basta psi2=(2676-104,8)-298,15,(7,40-0,37)+140^22cdot1000 approx484,3;kJ/kg em dividido por 1000).
– Em 1:
– Em 2:

Passo 4

O máximo trabalho específico que a turbina poderia produzir (se não houvesse irreversibilidade) é
De
O trabalho específico real (pela 1ª lei, considerando a queda de entalpia e a variação de energia cinética) é
wrm real=(h1-h2)+v1^2-v2^22 =(3583,4-2676)+80^2-140^22cdot1000 approx900,8;kJ/kg

Passo 5

A eficiência exergética da turbina é a razão entre o trabalho real e o trabalho máximo disponível por kg de vapor:
etarm ex=wrm realDe

Resposta

A eficiência exergética da turbina é de aproximadamente 78,9 %.

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